Транспорт
Приведено пять первых форм собственных
колебаний для пути на плитном и шпальном основаниях. Сделан вывод о большей
устойчивости пути на плитном основании. Табл.1, библ.3.
УДК 625.23
Нусупбекова Гульжан Сериковна - кандидат
технических наук, доцент Казахского университета путей сообщения
Сравнение собственных форм и частот колебаний пути на шпальном и плитном
основании
Вибрации элементов железнодорожного пути обусловлены большими силами
взаимодействия между колесами и рельсами. В зависимости от неровностей колеса и
рельса и конструктивных особенностей пути и подвижного состава эти силы
изменяются в широком диапазоне. Распределение осевых нагрузок по длине поезда
приводит к возбуждению сил при проследовании жестких точек в пути
(металлические мосты, стрелочные переводы и др.). Система экипаж-путь имеет
много собственных частот. Когда одна из возбуждающих частот соответствует
собственной частоте системы, возникают резонансные вибрации. В то время как
собственные частоты рассматриваемой системы не зависят от скорости движения,
вынуждающая частота, связанная с проходом шпал или неровностей на рельсах и
колесах, возрастает пропорционально скорости движения.
Практически важно знать спектр частот собственных колебаний пути и
спектр колебаний подвижного состава.
Вибрации распространяются от пути через грунт в виде волн сжатия,
поперечных и поверхностных волн (волны Релея). Для каждого типа волн энергия
уменьшается по мере удаления от источника колебаний, так как она рассеивается
на возрастающей площади и в результате материального поглощения. В земляном
полотне низкие частоты поглощаются в минимальной степени.
По
результатам измерения значений двух смежных (за один период) амплитуд колебаний
Аi и Аi+1 находится
величина коэффициента поглощения колебаний:
По данным
профессора А.И.Кудрявцева увеличение толщины слоя щебеночной балластной призмы
с 30 до 50см уменьшает амплитуду колебаний в 3 раза. Коэффициент поглощения
этого слоя равен 
=1–(1/3)2=0.89. Коэффициент
выражает собой отношение поглощенной энергии
за один период к упругой энергии, накопленной образцом в момент наибольшей
деформации.
По данным
Эсвельда [1] основная часть энергии колебаний (до 67%) передается в виде поверхностных
волн, а поперечные волны и волны сжатия составляют около 26% и 7%
соответственно. При скоростном движении поездов важно не допускать
значительного роста частот и амплитуд колебаний, так как это связано с ростом
уровня шума скоростных поездов.
Профессор
И.В.Прокудин при замерах амплитуд и частот вынужденных колебаний пути [2] при
пропуске скоростных и высокоскоростных поездов выделял низкочастотную,
среднечастотную и высокочастотную гармоники колебаний пути. Низкочастотные
колебания характеризовались частотой 1.8-2.5Гц и амплитудой до 140мк. Она
проявлялась при скорости движения 130-140км/ч и обусловлена колебанием
цельнометаллического кузова пассажирского вагона. При проходе по участку
локомотива она не регистрировалась, а при уходе состава с исследуемого сечения
затухала практически мгновенно. Среднечастотная гармоника обусловлена силовым
воздействием вагонных тележек и характеризовалась частотой от 6 до 10Гц. В
момент прохода осей вагона отмечался всплеск частотой 16-25Гц. Амплитуда
колебаний достигала 90-110мк. Высокочастотные колебания имели частоту от 30
до200Гц и амплитуду 3-7мк.
Исследованиями
профессора Г.Н.Жинкина [3] установлено, что удельное сцепление в суглинках не
меняется, если амплитуды колебаний будут менее 30мк. Для глин этот параметр
близок к 50мк. При колебаниях могут проявляться тиксотропные свойства глинистых
грунтов, если влажность грунта более чем:
Wе>Wp+0.25Wп
Рассмотрим последовательно первые пять
форм собственных колебаний конструкций пути на шпальном и плитном основаниях
(таблица 1).
Таблица 1. Собственные формы колебаний
пути
|
Собственные формы колебаний |
Путь на шпальном основании |
Путь на плитном основании |
|
1-я форма |
|
|
|
2-я форма |
|
|
|
3-я форма |
|
|
|
4-я форма |
|
|
|
5-я форма |
|
|
Первые
формы собственных колебаний рассматриваемых конструкций пути схожи и периоды собственных
колебаний мало отличаются – 0.69Гц и 0.71Гц.
Третьи формы
собственных колебаний отличаются существенно. Насыпь на плитном основании имеет
одностороннюю деформацию, а насыпь на шпальном основании расползается. Частоты
колебаний расходятся больше – 1.18Гц и 1.12Гц.
Четвертые
формы собственных колебаний разные. Насыпь пути на плитном основании имеет симметричные
деформации изгиба вверх, а насыпь пути на шпальном основании имеет
несимметричные и разные у первого и второго путей деформации. Частоты
соответственно 1.39Гц и 1.16Гц.
Пятая форма
собственных колебаний у пути на плитном основании в основном сохраняет
горизонтальное положение плиты. Путь на шпальном основании имеет деформации в
середине двухпутного земляного полотна. Частоты соответственно 1.63Гц и 1.34Гц.
Путь на
плитном основании имеет более устойчивые собственные формы колебаний и несколько
выше собственные частоты. Резонанс вынуждающих и собственных колебаний у пути
на плитном основании наступит при более высоких скоростях движения поездов, чем
у пути на шпальном основании.
Литература.
1. Эсвельд С. Вибрации грунта вблизи железных дорог. Железные дороги мира, №5,1992.
2. Прокудин И.В. Колебания глинистых грунтов земляного полотна при высокоскоростном движении поездов. В кн."Вопросы земляного полотна и геотехники на железнодорожном транспорте. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 203/28. Днепропетровск, 1979, с.43-51
3. Жинкин Г.Н., Прокудин И.В. Изменение прочностных характеристик глинистых грунтов при действии вибродинамической нагрузки и его влияние на устойчивость земляного полотна. В кн."Свойства грунтов при вибрациях. Материалы третьей Всесоюзной конференции." Ленинград, 1973, с.164-170.
Реферат.
УДК
625.23
Нусупбекова Г. С. Сравнение собственных
форм и частот колебаний пути на шпальном и плитном основании